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ラリアットキャッピングリボザイム（以前はGIR1分岐リボザイムと呼ばれていた）は、グループIリボザイムに明らかな類似点を持つ約180ヌクレオチドの リボザイムです。 [1]これは、ツインリボザイムイントロンとも呼ばれるグループIイントロン の複雑なタイプ内にあります。 [2]スプライシング ではなく、内部残基の2'OHが近くのリン酸ジエステル結合での求核攻撃に関与する分岐反応を触媒します。[3] その結果、RNAは内部プロセシング部位（IPS）で切断され、3'OHと、5'末端に3ヌクレオチドのラリアットを持つ下流産物が残ります。ラリアットは、 2',5'リン酸ジエステル結合によって結合した1番目と3番目のヌクレオチドを持ち、イントロンでエンコードされたmRNAをキャップするため、「ラリアットキャップ」と呼ばれています。結果として生じるラリアットキャップは、HE mRNAの半減期を延長させることによって寄与しているようであり、 [3] [4]それによってHEに 進化上の利点を与えている。
生物学的背景
GIR1リボザイムはもともと、原生生物Didymium iridisの染色体外rDNAのイントロンの機能解析中に発見されました。欠失解析とin vitro自己スプライシング解析の組み合わせにより、ツインリボザイムイントロン構成、すなわちイントロン内に2つの異なるリボザイムドメインがあることが明らかになりました。[2]
構造的組織
ツインリボザイムイントロンは、最も複雑に組織化されたグループ I イントロンとして知られ、機能的に異なる 2 つの触媒 RNA ドメインに埋め込まれたホーミングエンドヌクレアーゼ遺伝子 (HEG: I- Dir I ホーミングエンドヌクレアーゼ) で構成されています。触媒 RNA の 1 つは、イントロンスプライシングと逆スプライシング、およびイントロン RNA の環状化を担う従来のグループ I イントロンリボザイム (GIR2) です。もう 1 つの触媒 RNA ドメインは、ホーミングエンドヌクレアーゼ mRNA の成熟に直接関与するグループ I 様リボザイム (GIR1) です。
触媒活性
| GIR1 分岐リボザイム | |
|---|---|
 GIR1の保存された二次構造 | |
| 識別子 | |
| シンボル | ギル1 |
| Rfam | RF01807 |
| その他のデータ | |
| RNAタイプ | イントロン |
| ドメイン | ネグレリア |
| PDB構造 | PDBe |
試験管内では、DiGIR1 は 3 つの異なる反応を触媒します。最初の反応は、IPS 部位の切断可能なリン酸の加水分解です。これは、全長イントロンといくつかの長さの変異体で比較的低い速度で観察される切断反応です。加水分解切断は不可逆であり、反応のために分岐ヌクレオチド (BP) を正しく提示するために触媒部位を誤って折り畳んだ結果生じる試験管内アーティファクトであると考えられています。2 番目の反応は自然なもので、分岐反応です。この反応では、IPS 部位でのエステル交換により、RNA が 3'OH で切断され、下流のラリアット キャップが最初のヌクレオチドと 3 番目のヌクレオチドを 2'-5' ホスホジエステル結合で結合して作られます。[3]
これらの生成物は、細胞RNAの分析によって観察される唯一の生成物です。[4] [5] この分岐反応は、3番目の反応であるライゲーション反応と平衡状態にあります。これは非常に効率的な反応であり、全長イントロンとIPSの上流に166ヌクレオチド以上を含む長さ変異体を使用した in vitro分岐実験中に分岐反応を隠す傾向があります。
ラリアットキャッピング（LC）リボザイムの構造モデリング
GIR1モデルは、生化学データと変異データを使用して作成されています。[6]構造には、GoUペアを含む拡張された基質ドメインが含まれています。このペアは、典型的なグループ1リボザイム求核残基とは異なり、J8 / 7領域が縮小されています。[6]これらの発見は、グループIスプライシングリボザイムから分岐GIR1アーキテクチャへの変化を説明する進化メカニズムの基礎を提供します。このメカニズムは、リボヌクレアーゼPなどの他の大きなRNAにも適用できる可能性があります。[6]
ラリアットキャッピングリボザイムの結晶構造
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LCリボザイムの結晶構造は最近発表されました。[7]簡単に言うと、円順列変異（CP）リボザイムRNAは、T7 RNAポリメラーゼを使用したin vitro転写によって生成されました。[8] 円順列変異によって生成された5'および3'は、天然のリボザイム切断部位に位置しています。このコンストラクトの転写を可能にするために、最適化された5'ハンマーヘッドおよびHdV（肝炎遅延ウイルス）リボザイムがLC CPコンストラクトの両側に配置されました。[9]
LC リボザイムの結晶構造は、P2、P2.1、および P10 によって形成される調節ドメインがどのように機能するかを解明します。2 セットの三次相互作用が起こり、P2 と P2.1 を拘束して 3 方向接合部の形成を可能にし、これが nt A209 の受容体として機能します。このぴったりフィットする相互作用は、投げ縄がリボザイム コアによって事前に折り畳まれていることを条件に、触媒部位の形成を促進します。
参考文献
- ^ Johansen S、Einvik C 、Nielsen H (2002 年 9 月)。「 DiGIR1と NaGIR1: ユニークなコア組織と進化した生物学的役割を持つ天然のグループ I 様リボザイム」。Biochimie。84 ( 9): 905–12。doi : 10.1016 /S0300-9084(02)01443-8。PMID 12458083 。
- ^ ab Johansen S, Vogt VM (1994年2月). 「Didymium iridisの核リボソームDNAのイントロンは、自己スプライシングで協力するグループIリボザイムと新規リボザイムをコードする」Cell . 76 (4): 725–34. doi :10.1016/0092-8674(94)90511-8. PMID 8124711. S2CID 45868519.
- ^ abc Nielsen H、Westhof E、Johansen S (2005 年 9 月)。「mRNA は、グループ I 様リボザイムによって触媒される 2'、5' ラリアットによってキャップされる」。Science。309 ( 5740 ) : 1584–7。Bibcode : 2005Sci ...309.1584N。doi : 10.1126/science.1113645。PMID 16141078。S2CID 37002071 。
- ^ ab Vader A、Johansen S、Nielsen H (2002 年12 月)。「グループ I 様リボザイム DiGIR1 は、Didymium iridis における pre-rRNA 転写物の代替処理を仲介する」。European Journal of Biochemistry。269 (23): 5804–12。doi : 10.1046 /j.1432-1033.2002.03283.x。PMID 12444968。
- ^ Vader A、Nielsen H 、 Johansen S (1999 年 2 月)。「核小体グループ I イントロンにコードされた I-dirI ホーミングエンドヌクレアーゼの生体内発現には、スプライソソームイントロンの除去が関与する」。EMBOジャーナル 。18 ( 4 ): 1003–13。doi :10.1093/emboj/ 18.4.1003。PMC 1171192。PMID 10022842。
- ^ abc Beckert B、Nielsen H、Einvik C、Johansen SD、Westhof E、Masquida B (2008 年 2 月)。「GIR1 分岐リボザイムの分子モデリングにより、構造的に関連するリボザイムの進化に関する新たな知見が得られる」。EMBOジャーナル 。27 ( 4 ): 667–78。doi : 10.1038 / emboj.2008.4。PMC 2219692。PMID 18219270。
- ^ Meyer, M.; Nielsen, H.; Olieric, V.; Roblin, P.; Johansen, SD; Westhof, E.; Masquida, B. (2014-05-27). 「グループ I イントロンのラリアットキャッピングリボザイムへの分化」Proceedings of the National Academy of Sciences . 111 (21): 7659–7664. Bibcode :2014PNAS..111.7659M. doi : 10.1073/pnas.1322248111 . ISSN 0027-8424. PMC 4040574 . PMID 24821772.
- ^ Beckert, Bertrand; Masquida, Benoît (2011)、Nielsen, Henrik (ed.)、「in Vitro 転写による RNA の合成」、RNA: Methods and Protocols、Methods in Molecular Biology、vol. 703、Humana Press、pp. 29–41、doi :10.1007/978-1-59745-248-9_3、ISBN 978-1-59745-248-9、PMID 21125481、S2CID 26196836
- ^ Meyer, Mélanie; Masquida, Benoît (2014)、Waldsich, Christina (ed.)、「高度に構造化されたRNAのin vitro転写のためのシス作用5'ハンマーヘッドリボザイムの最適化」、RNA Folding: Methods and Protocols、Methods in Molecular Biology、vol. 1086、Humana Press、pp. 21–40、doi :10.1007/978-1-62703-667-2_2、ISBN 978-1-62703-667-2、PMID 24136596
さらに読む
- Jäschke A (2008). 「書評: リボザイムとRNA触媒。David MJ LilleyとFritz Eckstein編」。Angewandte Chemie International Edition。47 (45): 8558–9。doi :10.1002/anie.200885598 。
- Doherty EA、 Doudna JA (2001)。「リボザイムの構造とメカニズム」。Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure。30 : 457–75。doi :10.1146/annurev.biophys.30.1.457。PMID 11441810 。
- Visser CM (1984)。「生体触媒の進化1.遺伝コード以前のRNA触媒で、それ自体がレプリカーゼである可能性」。生命の起源。14 (1–4 ) : 291–300。Bibcode : 1984OrLi ...14..291V。doi :10.1007/BF00933670。PMID 6205343。S2CID 31409366。RNA触媒の進化的洞察
外部リンク
- GIR1 分岐リボザイムの特性解析に取り組んでいる研究室:
- ヘンリック・ニールセン研究室 [1]
- エリック・ウェストホフ研究室 [2] 2009-07-24にWayback Machineでアーカイブ
- シュタイナー・ヨハンセン研究室 [3]
- RNA触媒
- Rfamの GIR1 分岐リボザイムのページ